SVEUČILIŠTE U ZAGREBU - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/2761/1/05_03_2014_ZAVRSNI_RAD_-_IVAN_ANTIC.pdf · svojstva, kao i tribološka, korozijska i fizikalna svojstva čelika

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

ZAVRŠNI RAD

Ivan Antić

Zagreb, 2014. godina.

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

ZAVRŠNI RAD

Mentor: Student:

prof. dr. sc. Mladen Crneković, dipl. ing. Ivan Antić

Zagreb, 2014. godina.

Izjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno koristeći stečena znanja tijekom studija i

navedenu literaturu.

Zahvaljujem se mentoru prof. dr. sc. Mladen Crneković, dipl. ing. na stručnom vodstvu i

srdačnoj ustrajnosti. Domagoju Antiću – bratu i kolegi, kolegama i prijateljima Hrvoju

Macuri, Boži Poljaku i Milanu Markoviću. Veliko hvala djevojci Miji na podršci i vjeri u

mene tijekom izrade završnog rada. Hvala dragom Bogu za uslišane molitve onih koji su me

Njemu prikazivali.

Hvala svima Vama, Bog vas blagoslovio!

Ivan Antić

Ivan Antić Završni rad

Fakultet strojarstva i brodogradnje 1

SADRŽAJ

SADRŽAJ .................................................................................................................................. 1

POPIS SLIKA ............................................................................................................................ 2

POPIS TABLICA ....................................................................................................................... 3

POPIS TEHNIČKE DOKUMENTACIJE ................................................................................. 4

SAŽETAK .................................................................................................................................. 5

SUMMARY ............................................................................................................................... 6

1. UVOD .................................................................................................................................. 7

2. POSTUPAK KALJENJA ČELIKA .................................................................................... 8

2.1. Faze odvođenja topline u postupku kaljenja ................................................................ 9

3. KOMPONENTE REGULACIJE....................................................................................... 11

3.1. Istosmjerni motor ....................................................................................................... 11

3.2. Mikrokontroler ATMEL ............................................................................................ 12

3.3. H-most ........................................................................................................................ 13

3.4. Komunikacijska veza RS232 ..................................................................................... 14

3.4.1. RS-232 konektor ................................................................................................. 14 3.4.2. UART .................................................................................................................. 14

3.5. Zaslon LCD ................................................................................................................ 15

3.6. Napajanje – FIAMM .................................................................................................. 16

4. ELEKTRIČNA SHEMA ................................................................................................... 17

4.1. Električna shema na tiskanoj pločici .......................................................................... 18

4.2. Popis elektroničkih komponenti s cjenikom .............................................................. 19

5. SINTAKSA PI- REGULATORA U PROGRAMSKOM JEZIKU C-u ............................ 21

6. ZAKLJUČAK .................................................................................................................... 25

LITERATURA ......................................................................................................................... 26

PRILOZI ................................................................................................................................... 27



POPIS SLIKA

Slika 1.1 Bazen za ispitivanje parametara gašenjem .............................................................. 7 Slika 2.1 Osnovni dijagram postupka kaljenja ....................................................................... 8 Slika 2.2 Faze odvođenja topline pri kaljenju ........................................................................ 9 Slika 2.3 Položaj propelera za prisilno hlađenje ................................................................... 10

Slika 3.1 Elektromotor s enkoderom .................................................................................... 11 Slika 3.2 Blokovski prikaz regulacije ................................................................................... 12 Slika 3.3 Laboratorijski spoj komponenti regulacije ............................................................ 12 Slika 3.4 Funkcijski blok dijagram LMD18200 ................................................................... 13 Slika 3.5 Električna shema spoja LMD18200 s motorom i enkoderom ............................... 13

Slika 3.6 Priključak serijske komunikacije na pločicu ......................................................... 14 Slika 3.7 Ispis veličina na LCD zaslon ................................................................................. 15 Slika 3.8 Adapter za napajanje ............................................................................................. 16

Slika 3.9 DC konektor .......................................................................................................... 16

Slika 4.1 Električna shema ................................................................................................... 17 Slika 4.2 Tiskana pločica u Altium Designer-u .................................................................... 18

Slika 5.1 Prozor FLIP komunikacijskog programa .............................................................. 24



POPIS TABLICA

Tablica 3.1 Priključci elektromotora i enkodera ...................................................................... 11 Tablica 4.1 Popis komponenti za tiskanu pločicu .................................................................... 19



POPIS TEHNIČKE DOKUMENTACIJE

1000-0100-0001 Nosač motora

1010-1000-1001 Poklopac kućišta

1010-1000-1010 Kućište



SAŽETAK

Gašenje je veoma važan toplinski proces u svrhu dobivanja boljih mehaničkih

svojstava čelika. U postupku kaljenja čelika nastojimo postići što ravnomjerniju tvrdoću po

presjeku predmeta. Postupak gašenja u toplinskoj obradi je definiran normom ASTM D 6482-

06. Za pouzdano izvođenje postupka gašenjem (hlađenje) potrebno je regulirati brzinu vrtnje

elektromotora. U ovom radu je opisana regulacija brzine vrtnje istosmjernog motora. Opisane

su komponente koje sačinjavaju krug regulacije. Regulacija se vrši kodom PI-regulatora u

programskom jeziku C-u, te se ispisuju vrijednosti na LCD zaslon za promatranje procesa

regulacije brzine vrtnje.

Ključne riječi: postupak gašenja; kaljenje čelika; istosmjerni motor; enkoder; regulacija brzine

vrtnje; PI-regulator; programski jezik C



SUMMARY

Quenching is very important thermal process in order to obtain better mechanical

properties of steel. In the process of tempering steel strives for uniform hardness over the

cross section of items. Quenching procedures in the heat treatment is defined by ASTM D

6482-06. To reliably perform the procedure of quenching (cooling) it is necessary to regulate

the speed of the electric motor. In this work the speed control of DC motors is described. The

components that make up the control circuit are described. Regulation is made by code of PI

controller in the programming language C, and values are writed on the LCD screen that

monitors the process of the speed control.

Keywords: quenching process; tempering steel; DC motor; encoder; speed control; PI

controller; the programming language C



1. UVOD

Kaljenje je postupak toplinske obrade koji se sastoji od ugrijavanja predmeta na

odgovarajuću temperaturu austenitizacije, njegovog držanja na toj temperaturi te naglog

ohlađivanja pri čemu nastaje martenzitna mikrostruktura. Svrha kaljenja čelika je postizanje

najveće moguće tvrdoće na površini obratka i što jednoličnijeg rasporeda tvrdoće po presjeku.

Uz postizanje odgovarajuće tvrdoće, u postupku kaljenja mijenjaju se i druga mehanička

svojstva, kao i tribološka, korozijska i fizikalna svojstva čelika. Kaljenje se sastoji od faza

austenitizacije i gašenja.

Parametri austenitizacije čeličnog obratka ovise o njegovom kemijskom sastavu,

karakteristikama peći, obliku i dimenzijama obratka te načinu slaganja obratka u šaržu.

Parametri gašenja čeličnog obratka također ovise o kemijskom sastavu, dimenzijama i obliku

obratka, vrsti sredstva za gašenje i karakteristikama uređaja za gašenje. Na kemijski sastav

obratka prilikom gašenja ne može se utjecati, stoga za regulaciju procesa gašenja potrebno je

odgovarajuće sredstvo za gašenje te zadavanje odgovarajućih parametara na uređaju za

gašenje, kao što su na primjer temperatura i brzina strujanja sredstva za gašenje.

Cilj ovoga završnog rada je definirati, konstruirati i izraditi regulacijski sustav koji

ima za zadatak upravljati elektromotorom. Za analizu utjecajnih parametara na proces gašenja

čelika prati se proces kaljenja prema normi ASTM D 6482-06. Ova norma definira parametre

gašenja, te u njoj stoji da rotiranje propelera mora biti na broju okretaja od 1000 °/min. Ova

odredba je važna kako bi se u sklopu daljnjeg promatranja i uspoređivanja rezultata pojedinog

fluida za gašenje mogle vršiti studije o uporabi najboljeg medija za gašenje.

Slika 1.1 Bazen za ispitivanje parametara gašenjem



2. POSTUPAK KALJENJA ČELIKA

Kaljenje je jedna od najzastupljenijih postupaka toplinske obrade metala. Sastoji se od

ugrijavanja metala na određenu temperaturu austenitizacije (iznad temperature A3 ili A1),

držanja na toj temperaturi zbog postizanja jednake temperature na površini i u jezgri obratka,

te gašenja. Postupak je prikazan na slici ispod, gdje je crvenom linijom označen postupak

ugrijavanja i držanja, a plavom linijom postupak gašenja.

Slika 2.1 Osnovni dijagram postupka kaljenja

ϑa – temperatura austenizacije

ta – vrijeme austenizacije

vhl – brzina hlađenja

Gašenje je samo dio postupka kaljenja i cilj ovoga završnog rada je ostvariti potrebne

uvjete gašenja, ovaj rad se naslanja na opisani postupak kaljenja u diplomskom radu

gospodina Gorana Kukmanovića koji je obradio parametre gašenja, te kako je moguće na njih

utjecati izborom sredstva za gašenje te zadavanjem odgovarajućih radnih parametara na

uređaju za gašenje.



2.1. Faze odvođenja topline u postupku kaljenja

Svako sredstvo kojem je temperatura isparivanja niža od temperature obratka koji će

se u tom sredstvu gasiti prolazi kroz tri faze (tzv. Leidenfrostove faze). U prvoj fazi se stvara

omotač od pare i to neposredno nakon uranjanja obratka u sredstvo za gašenje. Ovu fazu

karakterizira slabo odvođenje temperature sa obratka, zato što omotač predstavlja toplinski

izolator. Vrijeme trajanja prve faze najviše ovisi o sastavu sredstva za gašenje. Vrlo je bitno

da je vrijeme trajanja ove faze što kraće kako bi se spriječilo stvaranje neželjene

mikrostrukture i omogućilo jednoliko odvođenje temperature po cijeloj površini obratka te se

na taj način smanjilo toplinsko naprezanje i eventualne deformacije. Nakon što parni omotač

postane nestabilan, počinje faza mjehurastog vrenja s najvećim koeficijentom prijelaza

topline. Nakon smanjenja gustoće toplinskog toka ispod određene vrijednosti potrebne za

stvaranje mjehurića pare, daljnje hlađenje obavlja se mehanizmom konvekcije. U fazi

konvekcije brzina odvođenja topline može se povećati odgovarajućim nastrujavanjem

sredstva za gašenje. Visoka gustoća odvedenog toplinskog toka u fazi konvekcije bitna je kad

se teži postizanju što veće tvrdoće po poprečnom presjeku obratka. Slika 2.2 prikazuje

opisane faze odvođenja topline tijekom kaljenja u kapljevitim sredstvima (s tzv.

Leidenfrostovim fenomenom).

Slika 2.2 Faze odvođenja topline pri kaljenju

Stoga je za ovaj postupak gašenja potrebno osigurati kontinuirano strujanje fluida za

hlađenje ispitnog uzorka. Kako u samom ispitivanju imamo više sredstava za gašenje čiji se

rezultati međusobno uspoređuju, fluide karakterizira različita viskoznost. Potrebno je učiniti



samopodesivi sustav regulacije održavajući konstantnim strujanje fluida za postupak gašenja.

Dosadašnja izvedba postupka za gašenje je opisan slijedećim tekstom iz diplomskog rada:

„Strujanje sredstva za gašenje ostvaruje se upotrebom propelera pokretanog

elektromotorom. Propeler treba biti promjera 50 mm i nagib lopatice propelera treba

iznositi 42°. Prema normi, brzina okretaja propelera iznosi 1000 okretaja u minuti.

Upravljanje broja okretaja elektromotora vrši se pomoću regulatora broja okretaja, a

kalibracija se može izvesti pomoću tahometra. Nakon što se na tahometru očita

zahtjevani broj okretaja, odnosno 1000 okretaja u minuti u ovom slučaju, zabilježi se

u kojoj poziciji se nalazi ručica regulatora broja okretaja tako da za svako slijedeće

korištenje tog sredstva za gašenje kalibracija nije potrebna. S obzirom da različita

sredstva za gašenje imaju različitu gustoću potrebno je izvršiti kalibraciju za svako

novo sredstvo za gašenje koje se koristi, jer s porastom gustoće sredstva smanjuje

se broj okretaja motora i za istu poziciju ručice regulatora dobivaju se različite brzine

strujanja sredstva za gašenje.“

Ovakav način podešavanja brzine okretaja je bio primjenjivan do sada. Ovaj postupak

je uvelike neprecizan i nepouzdan. Stoga je potrebno ostvariti regulaciju brzine vrtnje

koristeći senzor za mjerenje brzine vrtnje te na taj način sustav učiniti samostalno podesivim

na propisanu brzinu okretaja prema normi od 1000 °/min.

U zahtjevu za izradu regulatora kojim se podešava željena brzina zatraženo je da se u

ovome radu učini mogući raspon podešavanja brzine vrtnje od 500 °/min do 1500 °/min.

Slika 2.3 Položaj propelera za prisilno hlađenje



3. KOMPONENTE REGULACIJE

3.1. Istosmjerni motor

Za rješenje problema regulacije brzine vrtnje odabran je istosmjerni motor s pisača

HPLaserJet 2500 koji ima oznaku RH7-1531. Ovaj motor zamjenjuje postojeći motor oznake

JINDING, JD650-18V. Motor RH7-1531 na sebi ima enkoder koji omogućava povratnu

informaciju, povratnu vezu, koja je važna u sustavu regulacije. Enkoder ima podjelu jednog

punog kruga sa kutom od 1,8° tj. 200 podjela po jednom krugu.

Slika 3.1 Elektromotor s enkoderom

Tablica 3.1 Priključci elektromotora i enkodera

ŽICA PRIKLJUČAK VELIČINA

roza napajanje motora +12V

plava napajanje motora GND

crvena napajanje enkodera +5V

modra napajanje enkodera GND

ljubičasta kanal A

žuta kanal B

Ovaj rad za regulaciju brzine vrtnje motora ima jedan uvjet, a to je da je moguće

podešavanje brzine vrtnje u rasponu od 500°/min do 1500°/min, sa skalom od 100°/min.

Laboratorijskim ispitivanjem karakteristike motora RH7-1531 dobiven je rezultat da na 12V

postiže se 37°/sek (2220°/min). Razlog laboratorijskog ispitivanja motora je oskudna

dokumentacija za motor i enkoder koju je bilo moguće pronaći. Tako odabrani motor



zadovoljava uvjetovani raspon željenih brzina vrtnje kod ispitivanja kako bi se zadovoljila

norma ASTM D 6482-06.

Motor RH7-1531 je moguće ukoliko je potrebno zbog budućih oštećenja ili pregaranja

zamjeniti istim sa cijenom na tržištu od četrdeset i četiri dolara (eBay – 44$).

3.2. Mikrokontroler ATMEL

Mikrokontroler proizvođača „ATMEL“ pod oznakom AT89C51ID2 je odabran za

izvedbu regulacije brzine vrtnje prethodno definiranog istosmjernog motora. Odabir ovoga

tipa mikrokontrolera te pripadajuće platforme je rezultat upoznavanja s tim sklopovljem

tijekom studija. Karakteristike i svojstva mikrokontrolera zadovoljavaju, i više od toga,

potrebne parametre koji definiraju ovaj problem regulacije brzine vrtnje istosmjernog motora

u svrhu upravljanja procesom hlađenja prema normi ASTM D 6482-06.

Slika 3.2 Blokovski prikaz regulacije

Slika 3.3 Laboratorijski spoj komponenti regulacije



Pisanjem programskog koda u svrhu sprovedbe regulacije brzine vrtnje koristimo, od

mogućnosti koje nudi mikrokontroler, prekidni podprogram koji broji broj impulsa sa kanala

„A“ enkodera koji ima ulogu povratne veze i vremenski brojač prema opisu funkcije

„TIMER2“ u mikrokontroleru kojim se određuje vremenski period regulacije. Više o ova dva

segmenta u poglavlju u kojem se opisuje kod za izvedbu regulacije.

3.3. H-most

H-most je integriran u čip s oznakom LMD18200. LMD18200 radi na 3A, H-most je

namijenjen za kontrolu uređaja koji ostvaruju vrtnju. Uređaj je izgrađen postupcima visoke

tehnologije koja kombinira bipolarni i CMOS kontrolni krug s DMOS uređajima snage na

istoj monolitnoj strukturi. Idealan sklop za upravljanje istosmjernim i koračnim motorima.

LMD18200 može podržati vršne izlazne struje do 6A. Inovativno je implementiran integrirani

krug što daje osjetno manje gubitke izlazne struje.

Slika 3.4 Funkcijski blok dijagram LMD18200

Za ugradnju H-mosta na odabrani motor potrebno je prema električnoj shemi

realizirati sljedeće komponente na tiskanoj pločici. Potrebno predvidjeti konektor za

priključak motora i enkodera.

Slika 3.5 Električna shema spoja LMD18200 s motorom i enkoderom



3.4. Komunikacijska veza RS232

Serijska komunikacija je jedan način komunikacije između računala. Serijska veza je

proces slanja podataka preko komunikacijskog kanala slijedno bit po bit. Postoji više

standarda serijskog prijenosa podataka kao što su: FireWire, I2C, SATA, USB i RS-232.

Za povezivanje mikrokontrolera i računala koristimo RS-232 standard kojim je

definirana serijska veza između PC računala. Najčešće se pojavljuje DE-9 priključak koji ima

devet pinova. Serijski sklop sadrži UART čip koji je moguće programirati i tako podesiti

parametre serijske veze.

Standard podržava prijenos korisničkih podataka sinkrono i asinkrono. Sinkroni se

prijenos kontrolira pomoću signala takta. Zbog odvojenosti sklopovlja za slanje i primanje,

podržan je full-duplex način rada što znači da se u isto vrijeme podaci mogu slati i primati.

Slika 3.6 Priključak serijske komunikacije na pločicu

3.4.1. RS-232 konektor

Postoji više vrsta konektora koji se mogu koristiti za serijski prijenos. U radu serijske

veze RS-232 koristimo konektor DE-9 za komunikaciju PC računala i mikrokontrolera.

3.4.2. UART

UART je skraćeno od Universal asynchronous receiver/transmitter- univerzalni

asinkroni prijemnik/odašiljač. Koristi se zajedno sa RS-232. UART pretvara podatke između

paralelnih i serijskih formata. Može se konfigurirati brzina prijenosa i format slanja podataka.

Za pravilan rad, UART na strani primatelja i na strani odašiljača mora biti podešen na iste

parametre veze.



U programiranju algoritma potreno je odrediti brzinu serijske komunikacije. To

vršimo inicijalno na početku sintakse programa. Pogledati opis algoritma za regulaciju.

Naredba za inicijalizaciju serijske veze, u zagradi je definirana brzina komunikacije u

bitovima po sekundi (bps):

InitUART(br9600);

3.5. Zaslon LCD

LCD zaslon prikazuje željenu brzinu vrtnje elektromotora, postignutu brzinu vrtnje, te

odstupanje postignute brzine vrtnje od referentne u postotcima. LCD je oznake

„GDM2004E2“. Brojka „2004“ opisuje da je sadržaj zaslona raspoređen u dvadeset stupaca

i četiri reda odnosno sadržaj zaslona je 20x4 znaka. U prilogu dokumentacije pogledati

karakteristike LCD zaslona.

Sljedeća slika prikazuje raspodijelu teksta na zaslonu LCD-a. Naredbe kojima su

ispisane poruke na zaslonu pogledati u dijelu u kojem je opisana sintaksa koda za regulaciju.

Slika 3.7 Ispis veličina na LCD zaslon



3.6. Napajanje – FIAMM

Slika 3.8 Adapter za napajanje

Pretvarač proizvođača FIAMM koji se koristio do sada u ovoj ispitnoj stanici iskoristiti

ćemo i za našu regulaciju. Pretvarač „FPC 12V 2A FIAMM“ sadrži transformator, ispravljač i

stabilizator napona. Odabirani adapter zadovoljava tehničkim karakteristikama koje su

potrebne za ulaz napajanja komponenti regulacije koji se priključuje na tiskanu pločicu. Na

trenutni adapter potrebno je postaviti DC konektor kako bi se napajanje moglo priključiti na

pločicu, sada su žice „oguljene“.

Slika 3.9 DC konektor



4. ELEKTRIČNA SHEMA

Slika 4.1 Električna shema



Električna shema ne sadrži prikaz elektromotora s enkoderom već njegov konektor

označen „CON10“. Imamo dva ulaza PORT0 i PORT2. Na PORT2 priključujemo LCD

zaslon. Ulaz PORT0 je ostavljen ukoliko se bude željelo nešto nadograđivati da se može

iskoristiti, možda nekakva signalizacija. Električnu shemu je potrebno prenijeti na tiskanu

pločicu. Pločica je projektirana u programu Altium Designer-u.

4.1. Električna shema na tiskanoj pločici

Slika 4.2 Tiskana pločica u Altium Designer-u



Električna shema prenesena na tiskanu pločicu ima opisane vodove plavom i crvenom

bojom kako je vidljivo iz priložene slike 4.2. Označeni vodovi se u istoj boji ne smiju

preklapati. Linije crvenom bojom otiskuju se, prema pogledu na pločicu, sa njene gornje

strane. Linije plavom bojom otiskuju se s druge strane pločice. Tiskane linije u boji svojom

bojom ne definiraju vrst signala ili karakteristiku voda. Svaku liniju prema njenoj namjeni

potrebno je očitati iz električne sheme.

4.2. Popis elektroničkih komponenti s cjenikom

Tablica 4.1 Popis komponenti za tiskanu pločicu

Naziv Oznaka CHIPOTEKA Količina Cijena [kn]

AT89C51ID2, PLCC44 eBay 1 57,45

ADM232, DIL16 MAX232 eBay 1 14,52

LM7805, TO-220 L7805 350780502 1 2,71

SOCKET 44 PIN PLCC AT89C51ID2 3370004401 1 4,50

BC337/25, TO-92 T1 430033703 1 0,58

CONN. HEADER LOW PROFILE FAP 10, 90° CON3 - 4 4000031001 2 1,25

Quarz 11,0592 MHz - niski XTAL 1810043501 1 3,37

CON. DB9 P Ž. ZA PLOČ. KUTNI CON1 2630506200 1 5,25

DIODA 1N4007 D1 1590400701 1 0,24

COND. 0,1 μF tantal, 35 V C6 3180001001 1 1,36

COND. 0,33 μF tantal, 35 V C7 3180003100 1 1,05

COND. CER. 1 μF 50 V C8 3120011001 1 3,5

COND. CER. 0,1 μF 50 V C1, C2, C3, C4, C5, C9 3120009001 6 0,75

COND. CER. 27 pF C10, C11 3110021001 2 0,78

10 kΩ, ¼ W R4, R5 2210001001 2 0,39

1 kΩ, ¼ W R1, R2, R3, R6 2210049001 4 0,26

SIL9 4.7 k R7 2230005701 1 1,26

LP LED 2 mA, 3 mm, ZELENI REC 1980022001 1 0,75

LP LED 2 mA, 3 mm, CRVENI POWER 1980023001 1 0,72

LP LED 2 mA, 3 mm, ŽUTI TRAN 1980024001 1 0,92

CAB. MONITOR 2m DB9M-DB9Ž 1:1 7500000013 1 15



ODSTOJNIK M-Ž M3x5 mm 15mm 2630415724 4 1,90

konektor za napajanje za PCB CON12 U1116 (KRONOS) 1 4

1 kΩ, ¼ W R10, R11 2210049001 2 0,26

LMD18200, 3A 55V H-bridge LMD18200T eBay 1 16

COND. 10 nF poliester, 100 V C35, C36 3140025602 2 1,45

COND. 220 μF 25 V C30 3160050001 1 1,05

Hladnjak SMD 19x10mm 2450028001 1 4,40

Tipkalo T-G, T-D 8061903103 2 8,37

Konektor HEADER NISKI fap 6 CON10

1 3

Izrada pločice PCBDOC Altium Designer 1 1000

UKUPNO: 1179,77kn



5. SINTAKSA PI- REGULATORA U PROGRAMSKOM JEZIKU C-u

Kod za regulaciju brzine vrtnje sadrži komentare i opise pojedinih redaka. U prvom

dijelu programa: prijavljujemo biblioteke u kojima su opisane skupine naredbi i protokola

koje koristimo u sintaksi programa, zatim definiramo konstante, te prijavljujemo veličine koje

ćemo koristiti.

/*

------------------------------------------------------

Program: REG_BRZ_MOTORA_REGULATOR.c

Purpose: Zavrsni_rad

Revision Date: 13.2.2014.

Author: Ivan Antic

Input: Mentor: prof.Mladen Crnekovic

Output: Mentor: prof.Mladen Crnekovic

Note: Mentor: prof.Mladen Crnekovic

------------------------------------------------------

*/

#include "C:\Keil\REG51ID2.h" //biblioteka za rad sa mikrokontrolerom AT89C51ID2

#include "C:\Keil\ID2.h" //biblioteke za rad sa funkcijskim naredbama

#include "stdio.h" //biblioteke za rad sa upis/ispis naredbama

#include "math.h" //biblioteke za izvršavanje matematičkih operacija

#define MAX_PWM 255 // definirana maksimalna vrijednosti izlaza PWM-a

#define dt 50000 // definirana vremenski interval regulacije pogreške

// prijava varijabli koje se koriste u programiranju regulatora

data signed int w, y, e, ChA, x, i;

data signed int x_isp, e_isp;

data unsigned char Key;

sbit BRAKE=P1^1; // upravljacki pin za kocnicu motora

sbit PLUS = P3^7; // tipka za povecanje referentne brzine P3.7

sbit MINUS = P3^6; // tipka za smanjenje referentne brzine P3.6

U nastavku koda imamo zapis dvaju brojača. Prvi brojač naziva External0() očitava

broj impulsa s enkodera u periodu od 50 ms, potom biva postavljen na nulu. Brojač

External0() ima svojstvo da se podprogramski odvija neovisno o aktivnostima ostalog

dijela programa. Drugi brojač je vremenski brojač TIMER2() unutar kojega je upisan PI-

regulator.

//-----------------------------------------------------------------

External0() interrupt 0 // broj impulse s enkodera u 50 ms

{

ChA++;

}



Integralno djelovanje je potrebno ograničiti kako ne bih došlo do osciliranja mjerene

veličine. Integralno djelovanje ima tendenciju rasta kada je pogreška regulacije konstantna po

iznosu. U slučaju mehaničke blokade rotora ili zapinanja propelera za nešto, integralno bi

djelovanje kontinuirano raslo. Potom bi došlo do skokovitih promjena u regulaciji kada više

nije moguće izregulirati sustav koji je prešao granicu stabilnosti te sa sigurnošću ne možemo

tvrditi da će regulator u određenom vremenu postići željenu veličinu.

//-----------------------------------------------------------------

TIMER2() interrupt 5 // brojac vrsi regulaciju u intervalu od 50 ms

{

x = ChA; // uzimanje vrijednosti sa enkodera

ChA = 0; // postavljanja na nulu brojaca impulsa enkodera

e = w/6 - x; // racunanje regulacijske pogreske

if (e < 0) i--; // integralno djelovanje

if (e > 0) i++;

if (i > 255) i = 255; // ogranicavanje integralnog djelovanja regulatora

if (i < -255) i = -255;

y = 1*e + 1*i; // nova izregulirana velicina izlaza iz regulatora

if (y < 0) y = 0; // ogranicavanje PWM izlaza

if (y > 255) y = MAX_PWM;

SetPWM(1, 255-y); // postavljanje regulirane velicine na PWM

TF2=0;

}

//-----------------------------------------------------------------

Sljedeći dio programa sadrži glavni program, prethodno su bila opisana dva

podprograma. U nastavku programa naredbe MoveCursor() i WriteString() služe za

ispisivanje poruka na LCD zaslon. Naredba MoveCursor() postavlja kursor u određeno polje

od kuda će se početi ispisivati dio teksta koji je iza te naredbe zapisan u naredbi

WriteString().

main () // glavni program

{

InitUART(br9600); // inicijalizacija komunikacijske veze

InitLCD(); // inicijalizacija LCD zaslona

MoveCursor(1,1); WriteString("-");

MoveCursor(1,2); WriteString("REGULACIJA");

MoveCursor(1,14); WriteString("BRZINE");

MoveCursor(1,20); WriteString("-");

MoveCursor(2,1); WriteString("Referentna:");

MoveCursor(2,16); WriteString("°/min");

MoveCursor(3,1); WriteString("Postignuta:");

MoveCursor(3,16); WriteString("°/min");

MoveCursor(4,1); WriteString("Odstupanje:");

MoveCursor(4,18); WriteString("%");



BRAKE = 0; // odkocivanje motora

SetPWM(1,255); // motor iskljucen (invertiran izlaz)

RunPWM(1); // motor pokrenut za podeseni PWM

EnableEXInt(0); // omoguci izvrsavanje podprograma

SetTimer(2,65535-dt); // brojac postavljen da odbrojava 50 ms

StartTimer(2); // pokretanje brojca vremena od 50 ms

w = 500; // pocetna referentna velicina

loop:

if (PLUS == 0)

{

w = w + 100;

if (w >= 1500) w = 1500;

};

if (MINUS == 0)

{

w = w - 100;

if (w <= 500) w = 500;

};

};

x_isp = x * 6; // mjereni okretaji u minutama

e_isp = -(w/6 - x)*100/(w/6) ; // pogreska u postotcima

MoveCursor(2,12); WriteInt(w,4);

MoveCursor(3,12); WriteInt(x_isp,4);

MoveCursor(4,12); WriteSInt(e_isp,4);

HideCursor();

Wait(3);

goto loop;

}



Kod se kompajlira u Keil programu, verziji μVision3. Pomoću programa FLIP se kod

u .hex formatu preko serijske veze prenosi na mikrokontroler.

Slika 5.1 Prozor FLIP komunikacijskog programa

Potrebno je odraditi sljedeće korake za pokretanje programa u svrhu regulacije brzine

na mikrokontroleru:

- na ikonu odabiremo tip mikrokontrolera, AT89C51ID2

- potom odabiremo .hex datoteku koju želimo prenijeti na mikrokontroler

- klikom definiramo ulaz preko kojega želimo prenijeti program

Potrebno je klikom na „Run“ pokrenuti prenošenje podataka te potom pokrenuti

program na mikrokontroleru klikom na „Start Application“.



6. ZAKLJUČAK

Priloženim rješenjem u potpunosti su zadovoljeni uvjeti koji su stavljeni pred nas na

početku zadatka. Ova regulacija se vrši na maloj struji i snazi u svrhu miješanja kapljevine.

Ukoliko bi se želio ovakav pristup primijeniti u sustavima većih snaga treba obratiti pažnju i

povesti računa o svim svojstvima sustava koji rezultiraju složenijom dinamikom u procesu

reguliracije. Prilikom razrade rješenja ovoga problema zanemareni su neki utjecaji; trenje

između ležaja i vratila motora, motor je namijenjen za vodoravan rad dok je u postupku

gašenja postavljen vertikalno – što dodatno opterećuje ležajeve samog motora te smanjuje

vijek trajanja motora. U slučaju dugotrajnijeg otpora na vratilu motora postoji opasnost od

povlačenja veće struje sa izvora, što može uzrokovati pregaranje motora ili nekog drugog

dijela regulacijskog kruga.



LITERATURA

[1] Goran Kukmanović: DIPLOMSKI RAD - ZAGREB, 2012

[2] www.wikipedia.com

[3] www.wikipedia.hr

[4] www.atmel.com

[5] www.keil.com

[6] www.ti.com

http://www.wikipedia.com/

http://www.wikipedia.hr/

http://www.atmel.com/

http://www.keil.com/

http://www.ti.com/



PRILOZI

I. CD-R disc

II. Tehnička dokumentacija

Documents

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/2761/1/05_03_2014_ZAVRSNI_RAD_-_IVAN_ANTIC.pdf · svojstva, kao i tribološka, korozijska i fizikalna svojstva čelika